OPC UA ile Analizör Sonuçlarına Dayalı Kapalı Çevrim Dozaj Kontrolü

Döngüyü neden bir analizör sonucuyla kapatmalı

Kimya, ilaç, süt ve yem endüstrilerinde yalnızca laboratuvardan öğrenilen bir bileşim geç ve elle düzeltilir. FDA'nın PAT kılavuzu ise üretimin, işleme sırasında zamanında yapılan ölçümlerle ve bir prosesin durumunu izleyip ona etkin biçimde müdahale eden proses kontrol araçlarıyla kontrol edilmesini tarif eder [1]. Kourti, gerçek zamanlı bir analizörün değerini çıktısı proses kontrolüne girdiğinde kazandığını savunur [2]; Simon ve ark. endüstriyel örnekleri gözden geçirir [3]. Bu rehber, bir dozaj vanası hat içi bir NIR tahmininden sürüldüğünde arayüzde ve kontrolcüde neyin doğru olması gerektiğini ele alır.

OPC UA arayüze ne katar

OPC Unified Architecture, OPC Foundation tarafından yayımlanır ve IEC 62541 serisi olarak standartlaştırılmıştır; serinin 1. Bölümü kavramları ve diğer bölümler için bir okuma sırasını sunar [4]. 1. Bölüm, tasarım hedefleri arasında platform bağımsızlığını, entegre bir güvenlik modelini ve genişletilebilir bilgi modellerini sayar [5]. Bir analizör için yararlı olan kısım bilgi modelidir: 8. Bölüm (Data Access), bir EURange (normal çalışmada beklenen aralık) ve EngineeringUnits taşıyan AnalogItemType ailesini tanımlar; temel DataItemType ise değerin nasıl hesaplandığını açıklayan bir Definition dizesi ve bir ValuePrecision özelliği ekler [6]. Bu şekilde sunulan tahmini bir yağ ya da nem değeri, birimini, aralığını ve anlamını beraberinde taşır.

Her değer bir DataValue olarak iletilir: değer, bir StatusCode, veri kaynağı tarafından atanan ve sonradan hiç değiştirilmeyen bir sourceTimestamp ve aktarım yapan her sunucunun belirlediği bir serverTimestamp [7]. Kontrol için önemli olan kaynak zaman damgasıdır — tahminin dayandığı spektrumun zamanıdır — sunucu zaman damgası ise yalnızca sunucunun değeri en son ne zaman doğruladığını söyler [7].

Veri kalitesi ve cihaz sağlığı

Bir PLC, bir OPC UA değerini düz bir sayı olarak ele almamalıdır. StatusCode, önem bitleri değeri Good, Uncertain ya da Bad olarak sınıflandıran 32 bitlik bir alandır; 4. Bölüm her istemcinin bir sonucu kullanmadan önce bunu kontrol etmesini zorunlu kılar ve kötü durumlu sonuçların asla kullanılmayacağını belirtir [7]. 8. Bölüm analizörle ilgili alt kodlar ekler: Bad_SensorFailure, kaynak güncellemeyi durdurduğunda Uncertain_LastUsableValue, değer tanımlı aralığının dışında kaldığında Uncertain_EngineeringUnitsExceeded ve elle bir değer zorlandığında Good_LocalOverride; ayrıca bayatlığın koddan değil zaman damgalarından değerlendirilmesi gerektiğini not eder [6].

Cihaz durumu ayrı olarak modellenir. 100. Bölüm (Devices), numaralandırması — NORMAL, FAILURE, CHECK_FUNCTION, OFF_SPEC ve MAINTENANCE_REQUIRED — NAMUR NE 107 Tavsiyesi'nde tanımlandığı şekliyle durumu gösterdiği belirtilen bir DeviceHealth arayüzü tanımlar [8]; NE 107, proses endüstrisinin kendi kendini izleyen saha cihazları için ortak terminolojisidir ve 2017'de durum sinyallerinin önceliklendirilmesiyle revize edilmiştir [9]. Böylece bir referans taraması (CHECK_FUNCTION) ya da kalibrasyon popülasyonunun dışındaki bir spektrum (OFF_SPEC), döngüyü bekletmek için üreticiden bağımsız bir gerekçe hâline gelir [8][9]. Erişim, 2. Bölüm güvenlik modeliyle — kimlik doğrulama, işlevin gerektirdiğiyle sınırlı yetkilendirme, gizlilik, bütünlük ve denetlenebilirlik — yönetilir; dolayısıyla bir ayar noktasına ya da tarama tetikleyicisine yazma erişimi buna göre kısıtlanır [10].

Analizör geri beslemeli PID döngüsü

Analizörle beslenen bir döngü bir ölü zaman problemidir. Normey-Rico ve ark., sensörlerin işlem süresini ölü zamanın nedenleri arasında sayar ve kontrolcü daha önce oluşmuş bir hatayı düzelttiği için basit bir döngünün ya kısa bir yerleşme süresine göre ayarlandığında salınım yaptığını ya da salınımdan kaçınacak şekilde ayarlandığında ağır tepki verdiğini açıklar [11]. Bir dozaj vanası için ölü zaman, enjeksiyon noktasından ölçüm noktasına taşınma süresi ile analizörün ölçüm ve tahmin aralığının toplamıdır. Proses zaman sabitine göre büyük olduğunda olağan çözüm bir ölü zaman kompansatörüdür: 1957'de önerilen Smith öngörücüsü gecikmesiz bir model kullanır, böylece birincil kontrolcü ölü zamanı olmayan ya da daha küçük olan eşdeğer bir sistem görür — bu özellik nominal durumda geçerlidir ve tesis-model uyumsuzluğuyla zayıflar [11]. Birincil kontrolcü genel olarak IEC 61131-3'e göre programlanmış bir PLC'deki bir PI ya da PID bloğudur [11][12].

Örnekleme aralığı da aynı mantıktan çıkar. OPC UA'da aboneliğin örnekleme aralığı, sunucunun kaynağını örneklediği en hızlı orandır; 4. Bölüm, bağlantısı ayrık bir alt sistemin bu orandan çok daha yavaş güncellenebileceğini not eder [7]. Analizörün ölçüm hızından daha hızlı abone olmak yeni bilgi değil tekrarlanan değerler üretir; döngü abonelik saatine göre değil, yeni bir kaynak zaman damgasının gelişine göre çalışmalıdır [7].

Güvenlik, kilitlemeler ve sorumluluk

Analizörle sürülen dozaj, temel proses kontrolüdür. Koruyucu işlevler — aşırı dozaj sınırları, pompanın kuru çalışması, reaktif yüksek seviyesi — IEC 61511-1 kapsamında, kontrol katmanından bağımsız olarak güvenli bir duruma ulaşmak ya da onu korumak için güvenilebilecek şekilde tasarlanmış bir güvenlik enstrümanlı sisteme aittir [13]. Bundan üç uygulama noktası çıkar:

• Ayardan önce bekletme stratejisini tanımlayın. Bad kalite, bayat bir kaynak zaman damgası, FAILURE ya da OFF_SPEC cihaz sağlığı veya kemometrik modelden gelen bir aykırı değer bayrağı durumunda PID çıkışı sabit tutulur ya da güvenli bir varsayılana döndürülür ve darbesiz (bumpless) biçimde yeniden devreye alınır [6][7][8].
• Vananın kesin sınırlarını döngünün dışında tutun. Aktüatör hız ve konum sınırları ve dozlanan miktara bağlı her türlü açtırma, analizör yazılımında değil PLC mantığında ya da güvenlik sisteminde yer alır [12][13].
• Düğüm anlamlarını belgeleyin. EngineeringUnits, EURange, Definition ve her durum alt kodu tedarikçi ile entegratör arasında kararlaştırılır ve bilgi modelinde sabitlenir; böylece sonraki bir kalibrasyon değişikliği bir anlam değişikliği olarak görünür hâle gelir [6].

USTECH bu konuya nasıl yaklaşır

USTECH'in hat içi analizörleri — sıvılar, bulamaçlar ve basit katı akışları için ProLine2550 proses FT-NIR ile doğrudan boru ve tank montajı için ProLine17EC — caliX içinde oluşturulan kalibrasyonları çalıştırır; ProChem tahminleri ve durum bilgisini tesis PLC'sine iletir ve PLC'nin ürünü ve yöntemi seçmesine olanak tanır. Bekletme koşulları, ölü zaman kompanzasyonu ve kilitlemeler tesisin otomasyon ve güvenlik mühendisleriyle birlikte belirlenir. Başlangıç noktası, sizin numunelerinizle ve kendi proses koşullarınızda yapılan bir fizibilite çalışmasıdır.